智能眼鏡在鐵路車輛運(yùn)維行業(yè)的應(yīng)用

馬 冬，林慶城，李浩銘，連 偉

(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510430)

截至2021年底，全國鐵路客車量為7.8萬輛，其中動車組數(shù)量為4153標(biāo)準(zhǔn)組33 221輛[1]。在車輛數(shù)量龐大和提質(zhì)增效目標(biāo)的雙重條件下，鐵路企業(yè)車輛檢修任務(wù)壓力巨大。以動車組運(yùn)維為例，我國動車組目前實(shí)行“計(jì)劃性預(yù)防修為主、事后維修為輔”的維修體制。動車組計(jì)劃預(yù)防修共分為五級修程，其中一級修、二級修屬于運(yùn)用檢修，屬于勞動力密集型產(chǎn)業(yè)，智能化程度較低，經(jīng)常面臨檢修任務(wù)多、檢修能力不足的挑戰(zhàn)。動車組一級修以目視檢查和功能測試為主，二級修在目視檢查和功能測試的基礎(chǔ)上增加了車輛性能檢測和維護(hù)保養(yǎng)等內(nèi)容[2]。相比運(yùn)用檢修，在動車組高級檢修(三級修、四級修、五級修)過程中，由于需要對車輛進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)拆解或進(jìn)行大部件更換，可使用專用檢修設(shè)備，且高級修時間一般較運(yùn)用維修時間充裕，因此對勞動力密集性要求也較低。

1 智能眼鏡應(yīng)用于動車組運(yùn)維中的現(xiàn)實(shí)意義

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)逐漸向智能化方向發(fā)展。制造智能化將促使企業(yè)對勞動力數(shù)量需求降低，以往需要密集勞動力運(yùn)行的生產(chǎn)線已被智能化、無人化生產(chǎn)線所取代，以達(dá)到降低勞動力成本的目的。但在工業(yè)設(shè)備售后及維保行業(yè)，如汽車維修及保養(yǎng)、飛機(jī)維修及保養(yǎng)等，由于設(shè)備故障原因具有隨機(jī)性和多樣性的特點(diǎn)，設(shè)備檢修任務(wù)具有分散性，部分保養(yǎng)項(xiàng)目不適合于全自動化裝備完成，因此此類行業(yè)勞動力密集性難以降低。動車組檢修行業(yè)與上述行業(yè)具有相似性，為緩解檢修壓力，當(dāng)前各動車組運(yùn)行檢修單位已逐漸配備動車組智能檢測機(jī)器人，承擔(dān)原一二級修中車底、車側(cè)、車頂?shù)炔课坏哪恳暀z查任務(wù)，但在車輛功能測試、維護(hù)保養(yǎng)和故障檢查及維修等工作任務(wù)中，由于車輛零部件種類多且各檢修項(xiàng)目、功能測試項(xiàng)目或維護(hù)保養(yǎng)項(xiàng)目工序繁多，故障原因具有隨機(jī)性和個體差異性，故而，檢測機(jī)器人或其他自動化設(shè)備無法完全替代檢修工作人員。此外，因檢修人員工作經(jīng)驗(yàn)存在差異，在動車組人工檢修作業(yè)過程中，存在因漏檢漏修或不當(dāng)操作造成次生災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，因此開發(fā)和應(yīng)用信息化檢修輔助工具以提高檢修作業(yè)人員工作效率、降低工作人員勞動強(qiáng)度、緩解鐵路企業(yè)車輛運(yùn)用維修壓力具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 智能眼鏡發(fā)展現(xiàn)狀

智能眼鏡是能像智能手機(jī)一樣，擁有獨(dú)立的操作系統(tǒng)，可由用戶通過語音或動作控制實(shí)現(xiàn)語音視頻交流、信息傳輸及圖像識別等功能的眼鏡的總稱。作為智能可穿戴設(shè)備的典型代表，智能眼鏡在醫(yī)療、通信、顯像、光學(xué)調(diào)節(jié)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[3-5]。隨著傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、芯片技術(shù)、無線通信技術(shù)等的發(fā)展，智能可穿戴設(shè)備迎來了高速發(fā)展期。智能眼鏡主要有以下功能：信息通知或提醒功能、語音輸入功能、定位及導(dǎo)航功能、拍照及錄像功能、視頻通話功能。根據(jù)智能眼鏡的主要功能，可分為眼鏡相機(jī)、智能后視鏡、智能單目鏡、智能雙目鏡、沉浸式眼鏡。眼鏡相機(jī)如圖1所示，眼鏡架內(nèi)置一個微型運(yùn)動相機(jī)，能夠從第一人視角拍攝圖片和錄制視頻并發(fā)送給他人，眼鏡相機(jī)沒有屏幕，因此用戶能夠?qū)Ｗ⒂谘矍翱吹降氖澜?。智能后視鏡如圖2所示，該類型智能眼鏡在用戶視覺的邊緣設(shè)置一個小屏幕，功能類似汽車后視鏡，使用過程中，大部分時間用戶可專注于眼前的世界，如想要了解相關(guān)信息情況時，可使用邊緣小屏幕來查看。智能單目鏡如圖3所示，在用戶視覺正前方設(shè)有一塊光學(xué)引擎，這種技術(shù)允許用戶穿過屏幕看到現(xiàn)實(shí)世界，而眼前的屏幕上會顯示有透射的數(shù)據(jù)信息，這種眼鏡也被人們稱為“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡”。智能雙目鏡和單目鏡相似，不同的是，雙目鏡為每個眼鏡都配備了一個光學(xué)引擎，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)畫面充斥著用戶視野。沉浸式眼鏡如圖4所示，該類型智能眼鏡使用戶和現(xiàn)實(shí)世界隔離，完全沉浸在一個被創(chuàng)造出來的虛擬世界里。

圖1 眼鏡相機(jī)Fig.1 Glasses camera

圖2 智能后視鏡Fig.2 Smart rearview mirror

圖3 智能單目鏡Fig.3 Smart monocular lens

圖4 沉浸式眼鏡Fig.4 Immersion glasses

3 智能眼鏡在動車組運(yùn)維中的應(yīng)用場景

3.1 作業(yè)記錄

在動車組各項(xiàng)功能測試、維護(hù)保養(yǎng)及故障處置任務(wù)中，為保證作業(yè)質(zhì)量，檢修人員需手持?jǐn)z像手電對檢修作業(yè)過程進(jìn)行攝像或拍照記錄。作業(yè)時檢修人員難以同時記錄自身作業(yè)過程，往往需要另一人作業(yè)，即專門攝像記錄，或是檢修人員一邊工作、一邊攝像。以上作業(yè)方式將影響檢修作業(yè)效率及作業(yè)人員專注度。作業(yè)時若采用智能眼鏡代替攝像手電功能，則可在進(jìn)行作業(yè)的同時，記錄作業(yè)過程，減少作業(yè)人數(shù)。

3.2 操作引導(dǎo)

因動車組構(gòu)成設(shè)備種類繁雜，各類設(shè)備性能參數(shù)、檢修標(biāo)準(zhǔn)不同，各類測試項(xiàng)目或維護(hù)保養(yǎng)項(xiàng)目工序多，僅依靠檢修人員個人記憶或工作經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行檢修的作業(yè)項(xiàng)目數(shù)量有限；若檢修人員隨時攜帶作業(yè)指導(dǎo)書查找相關(guān)操作步驟及設(shè)備參數(shù)信息，則會影響檢修作業(yè)效率。若采用智能眼鏡作為檢修輔助工具，可提前將各設(shè)備性能參數(shù)、檢修標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)流程等信息錄入智能眼鏡，作業(yè)過程中檢修人員可通過語音控制等方式將所需信息隨時調(diào)取，通過智能眼鏡顯示屏顯示，實(shí)現(xiàn)操作引導(dǎo)，可降低對檢修人員工作經(jīng)驗(yàn)的要求。

3.3 故障應(yīng)急處置

動車組車輛在上線運(yùn)行過程中，若設(shè)備突發(fā)故障影響車輛運(yùn)行安全或因線路原因無法繼續(xù)按計(jì)劃正常行駛，動車組調(diào)度指揮中心需第一時間了解故障原因及故障處置情況并及時下達(dá)故障處置指令、調(diào)整區(qū)間列車運(yùn)行計(jì)劃。隨車機(jī)械師是線上運(yùn)行動車組的唯一車輛技術(shù)人員，在故障應(yīng)急處置中采用GSM-R手持終端或手機(jī)與調(diào)度指揮中心進(jìn)行聯(lián)系。GSM-R手持終端只能實(shí)現(xiàn)語音通話功能，部分故障則需在專業(yè)技術(shù)人員或設(shè)備供應(yīng)商售后專家遠(yuǎn)程指導(dǎo)下進(jìn)行處置，往往需要使用手機(jī)一邊視頻連線一邊處置故障，無法解放雙手專注于故障處置，對作業(yè)效率造成了影響。使用智能眼鏡進(jìn)行故障應(yīng)急處置，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指導(dǎo)可視化操作，調(diào)度指揮中心通過與隨車機(jī)械師在線視頻通話，可及時掌握故障情況，發(fā)布處置指令，組織相關(guān)技術(shù)人員遠(yuǎn)程指導(dǎo)故障處理，實(shí)時了解故障處置進(jìn)度，提高了故障應(yīng)急處置中的溝通效率及故障處置能力。

3.4 教育培訓(xùn)

在各類院校中，除理論知識講授外，還需實(shí)操技能訓(xùn)練，而在實(shí)操技能現(xiàn)場培訓(xùn)中，教師示范操作過程往往因設(shè)備空間結(jié)構(gòu)狹小或多人圍觀等原因?qū)е虏僮魇痉缎Ч患?。部分?shí)操項(xiàng)目因存在安全風(fēng)險(xiǎn)，考慮現(xiàn)場培訓(xùn)人員安全，不適合進(jìn)行多人教學(xué)。智能眼鏡作為教學(xué)輔助設(shè)備，操作示范過程可通過智能眼鏡將操作視頻實(shí)時連線至教室內(nèi)顯示屏或教學(xué)一體機(jī)；同時企業(yè)員工或?qū)W生也可在智能眼鏡顯示屏的操作流程引導(dǎo)下對設(shè)備進(jìn)行實(shí)際操作，提高了設(shè)備的使用熟練度和實(shí)作技能。

3.5 檢修管理信息化

動車組檢修采用一體化作業(yè)方式，由車輛、機(jī)務(wù)、電務(wù)、客運(yùn)等多專業(yè)部門共同完成?，F(xiàn)有一體化作業(yè)信息化程度低，檢修派工單生成后無法及時下發(fā)到個人終端設(shè)備；庫檢作業(yè)仍采用紙質(zhì)臺賬，作業(yè)完成后將作業(yè)完成信息統(tǒng)一手工錄入EMIS系統(tǒng)；列車運(yùn)行期間，隨車機(jī)械師線上引繼故障不能實(shí)時回傳，需要將紙質(zhì)記錄用手機(jī)拍照微信發(fā)回；車輛與機(jī)務(wù)聯(lián)合試驗(yàn)中的協(xié)調(diào)溝通和數(shù)據(jù)確認(rèn)僅能通過對講機(jī)實(shí)現(xiàn)，受現(xiàn)場環(huán)境嘈雜和對講機(jī)相互干擾等影響較大[6]。采用智能眼鏡作為檢修終端設(shè)備，可將派工單、隨車機(jī)械師線上引繼故障、跨部門聯(lián)合試驗(yàn)任務(wù)及時發(fā)送至檢修員工個人端，檢修任務(wù)完成后，可將任務(wù)完成情況及時上傳EMIS系統(tǒng)，提高了檢修管理水平，降低了作業(yè)時間成本。

4 展望

雖然智能眼鏡在鐵路車輛運(yùn)維修中具有一定的應(yīng)用前景，但還需根據(jù)行業(yè)特殊性及技術(shù)不足對相應(yīng)的功能進(jìn)行升級，做好適應(yīng)性開發(fā)。一是提升智能化程度，在智能眼鏡圖像自動識別能力、人機(jī)交互方式、語音識別、信息自動分析及處置能力等方面繼續(xù)優(yōu)化。二是數(shù)據(jù)庫搭建。數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)智能化的首要因素，數(shù)據(jù)豐富程度及數(shù)據(jù)質(zhì)量決定著設(shè)備智能化程度。針對鐵路車輛檢修工作場景，為提高智能眼鏡智能化程度，需由企業(yè)參與并提供相應(yīng)數(shù)據(jù)，建設(shè)智能眼鏡數(shù)據(jù)庫。此數(shù)據(jù)庫由設(shè)備圖片庫、各設(shè)備性能參數(shù)、設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)、檢修作業(yè)指導(dǎo)書、三維模型等多元信息組成，將多元化的輸入信息集成歸化，實(shí)現(xiàn)高度智能便捷化的操作。三是鐵路車輛檢修場景適應(yīng)性開發(fā)。應(yīng)考慮智能眼鏡的場景適應(yīng)性，如適應(yīng)粉塵、潮濕、電磁干擾的檢修環(huán)境。電池續(xù)航里程可滿足長時間檢修時間要求，智能眼鏡結(jié)構(gòu)符合人體工學(xué)設(shè)計(jì)并滿足檢修人員佩戴舒適性要求等。

智能眼鏡作為可隨身攜帶設(shè)備，應(yīng)用在鐵路車輛運(yùn)維中將產(chǎn)生積極作用，可實(shí)現(xiàn)作業(yè)記錄、操作引導(dǎo)、故障應(yīng)急處置、員工教育培訓(xùn)和檢修管理信息化升級的作用。結(jié)合智能眼鏡技術(shù)水平及行業(yè)特殊性，智能眼鏡需在智能化程度、數(shù)據(jù)庫搭建及產(chǎn)品適應(yīng)檢修工作場景等方面進(jìn)一步提高。